X Международная дистанционная олимпиада «Эрудит»

X Международная дистанционная олимпиада «Эрудит»
Биология
8 класс
I тур
Рекомендуемые ответы
Ответ должен быть полным, аргументированным, логично выстроенным.
Желательно использовать для ответа дополнительные источники информации и
ссылаться на них.
Простое выдергивание абзацев, предложений из чужого текста и
использование их в неизменном виде в вашем ответе не допустимо. За набор
абзацев из чужих текстов, выдаваемых за свои мысли, ставится минимальный
балл.
Задание №1 (до 20 баллов)
В природе существуют «живые организмы» особой формы, размножение
которых происходит без участия нуклеиновых кислот. Среди них встречаются
«заразные частицы», способные вызывать тяжёлые заболевания центральной
нервной системы у человека и ряда высших животных, так называемые
«медленные инфекции».
Вопросы:
1. Как называется эта особая форма «живых организмов» - «заразных
частиц»?
2. Какие особенности у этой особой формы «живых организмов» имеет
процесс размножения?
3. На какие группы делится эта особая форма «заразных частиц» и как
называются тяжелые заболевания, вызываемые ими?
4. Какие существуют способы лечения инфекций, вызываемых этими
«заразными частицами»?
Примерное содержание ответа:
Прионы — это единственные инфекционные агенты, размножение которых
происходит без участия нуклеиновых кислот. Прионы являются разновидностью
генетически кодируемого белка, обладающего аномальной трехмерной
структурой, благодаря которой он способен напрямую катализировать
структурное превращение гомологичного ему клеточного белка с нормальной
структурой в себе подобный — прионный.
При попадании в здоровую клетку, патологический белок (прион)
присоединяется к белку-мишени (клеточному белку с нормальной структурой),
изменяет его нормальную конформацию (геометрическую форму упаковки,
структуры) на прионовую аномальную. Прион катализирует переход нормального
клеточного белка в прионную конформацию.
Накопление прионного белка в клетке сопровождается его агрегацией,
образованием высокоупорядоченных фибрил (амилоидов), что, в конце концов,
приводит к гибели клетки. Также прионовые белки способны покидать пределы
клетки и проникать в соседние клетки, также вызывая их гибель.
Механизм спонтанного возникновения прионных инфекций не изучен
полностью. Считается (но ещё не полностью доказано), что прионы образуются в
результате ошибок в биосинтезе белков.
Человек может заразиться прионами, содержащимися в пище, так как они
не разрушаются ферментами пищеварительного тракта. Беспрепятственно
проникая через стенку тонкого кишечника, они в конечном итоге попадают в
центральную нервную систему.
Классификация прионовых заболеваний основана на характере и
особенностях возникновения болезней. В отличие от всех известных
инфекционных заболеваний, прионные болезни человека могут возникать как:
 инфекционные (приобретённые);
 спорадические;
 наследственные.
Таблица: Примеры прионовых заболеваний
Заболевание
Носитель
Скрейпи
Трансмиссивная
энцефаломиопатия норок
(ТЭН)
Chronicwastingdisease (CWD)
Губчатая энцефалопатия
крупного рогатого скота
(ГЭКРС)
Губчатая энцефалопатия
кошачьих (ГЭК)
Губчатая энцефалопатия
экзотических копытных
(EUE)
Куру
Болезнь КрейтцфельдтаЯкоба (БКЯ)
Овцы и козы
Название
PrPизоформа
приона
Прионскрейпи
OvPrPSc
Норки
Прион ТЭН
MkPrPSc
Олени и лоси
CWD прион
MDePrPSc
Коровы
Прион ГЭКРС
BovPrPSc
Кошки
Прион ГЭК
FePrPSc
Антилопы и
большой куду
EUE прион
NyaPrPSc
Люди
Прион куру
HuPrPSc
Люди
Прион БКЯ
HuPrPSc
(New) Variant CreutzfeldtJakob disease (vCJD, nvCJD)
Синдром ГерстманнаШтройслера-Шейнкера (GSS)
Фатальная семейная
бессонница (ФСБ)
Люди
vCJDприон
HuPrPSc
Люди
GSS прион
HuPrPSc
Люди
Прион ФСБ
К
тяжёлым заболеваниям относятся: болезнь Крейтцфельдта-Якоба,
фатальная семейная бессонница, болезнь Куру, синдром Герстманна-ШтройслераШейнкера, губчатая энцефалопатия человека, скрейпи овец.
В настоящее время прионные заболевания являются неизлечимыми и
используют только предупредительные, профилактические меры. Учеными всех
стран мира ведутся активные работы по поиску лекарств, способных
обезвреживать прионы, но первые препараты, способные сократить прионные
заражения уже появились. Это: Брефелдин A, блокаторы кальциевых каналов,
амфотерицин, разветвленные полиамины, химические шапероны, фермент
кератиназа, модифицированные ферменты протеазы.
Задание №2 (до 20 баллов)
Из географии Вам хорошо известно, что река Енисей является одной из
крупнейших рек мира: длина реки от места слияния Большого Енисея и Малого
Енисея — 3487 км, от истоков Малого Енисея — 4287[6] км, от истоков Большого
Енисея — 4092 (4123)[7] км. По площади бассейна (2580 тыс. км²) Енисей
занимает 2-е место среди рек России (после Оби) и 7-е место среди рек мира.
Но, к сожалению, гордость Сибиряков – река Енисей не может похвастаться
своей
высокой
биологической
продуктивностью
и
впечатляющими
размерами/объёмами воды.
Вопросы:
1. Что такое биологическая продуктивность? Дайте четкое определение
данному понятию.
2. Почему у реки Енисей низкая биологическая продуктивность?
Назовите причины, из-за которых одна из самых больших рек в России
характеризуется низкой биологической продуктивностью?
Примерное содержание ответа:
Вариант 1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ – это способность
природных сообществ или отдельных их компонентов поддерживать
определённую скорость воспроизводства входящих в их состав живых
организмов. Измеряется биологическая продуктивность обычно количеством
биомассы (г., кг., т. органического вещества) или эквивалентной ей энергии,
произведённой за единицу времени (час, мес., год) на единицу площади (м2, га,
км2).
Для определения биопродуктивности экосистемы используют, как правило,
показатели первичной биопродукции.
Вариант 2. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКТИВНОСТЬ – это способность
организмов производить органическое вещество в процессе своей
жизнедеятельности. Биологическая продуктивность измеряется количеством
органического вещества, создаваемого за единицу времени на единице площади
(тонна/га/год, грамм/м2/день и т. д.).
Различают первичную (создаваемую растениями и др. автотрофными
организмами) и вторичную (создаваемую гетеротрофными организмами)
биологическую продуктивность. К первичной биологической продуктивности
относят валовую (общее количество вещества, синтезируемого растениями в
единицу времени) и чистую продукцию, которая остается в растениях после
затрат на их дыхание.
Чем благоприятнее условия среды, тем выше относительная доля чистой
продукции. В неблагоприятных условиях (пустыня) растения затрачивают на
дыхание до 80 % валовой биологической продуктивности, а в благоприятных
условиях, при обильных ресурсах тепла и влаги - не более 30 %. При переходе с
одного трофического уровня на другие (от растений к фитофагам, от фитофагов к
зоофагам, от хищников первого порядка к хищникам второго порядка) с
затратами на дыхание и экскрементами теряется примерно 90 % биологической
продуктивности. Кроме того, фитофаги съедают только 30 % биологической
массы растений, остальная часть пополняет запас детрита, который затем
разрушается редуцентами. Поэтому вторичная биологическая продуктивность в
20-50 раз меньше, чем первичная.
По первичной биологической продуктивности экологической системы разделяют
на четыре класса.
I. Экосистемы очень высокой биологической продуктивности – свыше 2 кг/м2
в год. К ним относят влажные тропические леса и коралловые рифы,
тростниковые заросли в дельтах крупных рек.
II. Экосистемы высокой биологической продуктивности – 1-2 кг/м2 в год. Это
широколиственные леса, прибрежные заросли рогоза или тростника на
озере, посевы кукурузы и многолетних трав, выращенные с использованием
орошения и высоких доз минеральных удобрений.
III. Экосистемы умеренной биологической продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год.
Это леса таежной зоны, преобладающая часть сельскохозяйственных
посевов, сенокосные луга и степи, заросшие водными растениями озера,
морские луга из водорослей.
IV. Экосистемы низкой биологической продуктивности – менее 0,25 кг/м2 в год.
Это пустыни жаркого климата, арктические пустыни островов Северного
Ледовитого океана, тундры, полупустыни, вытоптанные скотом степные
пастбища с низким и редким травостоем, горные степи. Такую же низкую
биологическую продуктивность имеет большинство морских экосистем.
Причины никой биологической продуктивности реки Енисей:
a) Большая скорость течения (характерна для 39% участков).
b) Преобладают каменисто-галечные грунты.
c) Низкий термический режим (наличие длительной зимы, на время которой
река Енисей покрывается льдом).
d) Наличие вечной мерзлоты на значительной части территории, по которой
проходит русло реки Енисей и её притоков.
e) Доля низовьев, наиболее продуктивных участков у рек, составляет около
19%.
f) Характерно очень слабое развитие поймы.
g) Сегодня всё это усугубляется антропическим влиянием.
Факторы, влияющие на биологическую продуктивность реки
Распределение рыб в
Температурный На температуру воды в реке оказывают
влияние холодные воды Красноярского
водоеме, развитие половых
режим
водохранилища. Сброс воды из
водохранилища осуществляется через
окна, расположенные на глубине 25-40 м.
На этой глубине вода даже в самое
жаркое время года не прогревается выше
10 °C. Причем в стоковое течение
вовлекается вся толща воды
приплотинной зоны, вплоть до
максимальных глубин (80 м), где
температура воды не выше 1-2 °C.
Кроме того, на температуру воды реки
оказывают влияние многочисленные
быстрые, небольшие по протяженности
притоки горного и полугорного типа,
несущие холодные воды в Енисей
(питание таких рек происходит за счет
таяния горных снегов).
желез, размножение,
скорость развития,
созревания, интенсивность
дыхания и питания,
морфологические
особенности рыб, ход
обменных процессов
находятся в прямой
зависимости от температуры
воды. Каждый вид рыб
существует только в
определенном диапазоне
температур. Повышение или
понижение температуры в
пределах диапазона вызывает
соответствующие изменения
в жизнедеятельности рыб.
Енисей связан с холодным и
малорыбным Карским морем
Наличие вечной мерзлоты также влияет
на температурный режим реки.
Короткий период вегетации - холодное
короткое лето, значительное промерзание
береговой зоны ограничивает разрастание
водорослей.
Скорости
течения Енисея
Низкая температура вод реки вызывает
слабый рост рыбы и ее позднюю
половозрелость.
Енисей - река быстрая, порожистая. Для
реки характерны большие скорости
течения вследствие большого уклона
В Верхнем Енисее, в самом
русле и его притоках с
быстрым, стремительным
русла реки. В верховьях реки скорость 22,5 м/с. В среднем течении реки скорость
- 5-7 м/с. В устье скорость течения
снижается до 0,24-0,25 м/с. В дельте
скорость течения становится почти
незаметной.
Быстрое течение не позволяет
прогреваться холодным водам, и
практически до самой осени они остаются
более холодными, чем воздух.
Благоприятные условия для развития
водных растительных сообществ, дающих
приют богатой водной фауне и
являющихся местами нагула рыбы,
создаются только в заливах (курьи) и
протоках с тихим течением, в низовой
части реки, где река приобретает
долинный характер.
Химический
состав воды
течением обитают рыбы с
сильным, мускулистым и
прогонистым телом таймень, ленок, хариус.
Рыбы с коротким, высоким
телом - плотва, лещ, язь,
карась в этих местах
малочисленны и встречаются
только в затишных местах
(курьях, протоках, старицах).
По мере снижения скорости
потока (ниже Енисейска) в
Среднем и Нижнем Енисее
высокотелые, теплолюбивые
рыбы получают
преимущественное развитие.
Но за Полярным кругом,
несмотря на спокойное
течение и достаточно
развитую кормовую базу, их
численность постепенно
уменьшается. В этих
условиях полностью
доминируют также
высокотелые, но уже
холодолюбивые сиговые
рыбы, такие как муксун, чир,
сиг, пелядь.
В верхнем течении реки, изза значительной скорости
течения, планктон
чрезвычайно беден и
представлен в основном
придонными формами. В
питании рыб он играет очень
небольшую роль.
Воды Енисея по химическому составу
Биогенные элементы
относятся к типу горных вод, богаты
(углерод, азот, фосфор,
солями и кислородом (не ниже 7, 2 см.
кремний, железо и др.),
куб. на 1 литр). Органические вещества
активно участвующие в
встречаются в ничтожных количествах
жизнедеятельности водных
(около 3,2 мг на 1 л.).
организмов, накапливаясь,
Берега скалисто-каменистые, плохо
способствуют увеличению в
разработана долина, большинство
водоеме органического
притоков Енисея обогащают его воды
вещества. Это приводит к
только механическими примесями, а не
бурному развитию
органическими веществами,
фитопланктона, который
определяющими продуктивность водоема. служит источником питания
Вечная мерзлота замедляет разложение и для многих организмов.
минерализацию органических веществ.
Наиболее продуктивным грунтом
Распространение является ил, богатый органическими
остатками, также заиленные участки
отложений
галечного дна. Население участков ила
богато количественно, но однообразно.
Распространение этих продуктивных
грунтов на реке незначительно,
вследствие чего общая продуктивность
дна невелика. Для середины реки
(стрежи) характерно быстрое течение и
грунт – перемытая галька и песок. Дно
этих участков почти лишено жизни.
Прозрачность воды зависит от сезона
Прозрачность
года, глубины, скорости течения, грунта и
воды
некоторых других факторов. Весной
прозрачность меньше, зимой больше.
Прозрачность воды в верховьях реки
меньше, чем в низовьях, из-за
повышенного содержания в ней
взвешенных частиц, связанного со
значительной скоростью течения.
По сравнению с другими реками, воды
Енисея имеют небольшую мутность. Имея
огромный водный сток (548 км³/год) к
устью, Енисей несет менее 11 млн. тонн
взвесей, намного меньше, чем в бассейнах
Лены и Оби. Процессы размыва русла в
Енисее минимальны. Это обусловлено
большим распространением твердых
пород, сопротивляющихся размыву и
покрытых лесной растительностью, а
также наличием вечной мерзлоты.
Благодаря высоким скоростям течения,
река смывает с одного квадратного
километра донной поверхности до 5 тонн
взвешенных веществ в год. Мутность
реки резко возрастает в весенний паводок
и снижается зимой, когда скорость
течения падает.
Влияние вечной Вечная мерзлота ограничивает дренаж
почвы, препятствует вымыванию
мерзлоты
минеральных солей, снижает грунтовое
питание реки, а низкие температуры
замедляют разложение и минерализацию
органических веществ, создавая тем
самым особые условия для насыщения
воды солями. Поэтому воды Енисея
отличаются чрезвычайно низкой
минерализацией, не превышающей в
летний период 100 мг/л. Для сравнения
скажем, что в реках европейской части
страны она выше в 4-5 раз.
Наличие на реке Численность рыб, составляющих основу
Заиленные грунты
способствуют увеличению в
водоеме органического
вещества. Это приводит к
бурному развитию
фитопланктона, который
служит пищей для других
организмов.
Из-за мутной воды плохо
развивается фитопланктон,
которым питаются рыбы.
Сбросные воды ГЭС
Красноярской
ГЭС
ихтиофауны в районе ГЭС, снизилась. На
зарегулированном участке русла (около
700 км) таймень, тугун, хариус, ленок и
елец оказались приуроченными к
притокам и зонам выклинивания
водохранилища. Осетр и стерлядь
практически отсутствуют в русле на
протяжении 400 км от Красноярской ГЭС,
сохранив свое присутствие только в
некоторых притоках
способствуют тепловому
загрязнению и являются
губительными для жизни
гидробионтов.
Изменился гидрологический
режим, это отрицательно
сказалось на условиях
обитания и воспроизводства
многих видов рыб,
существенно изменило их
ареалы.
Задание №3 (до 20 баллов)
Учёные, проводя регулярные орнитологические исследования, пришли к
следующим выводам:
 Птицы, гнездящиеся, выводящие и вскармливающие птенцов в лесных
естественных природных сообществах лишь в 40 - 50% случаев успешно
заканчивают период гнездования.
 Птицы, гнездящиеся в лесах, распложенных вблизи от населённых пунктов
– не более чем в 10 - 20%.
 Птицы, гнездящиеся в городских садах и парках – не более чем в 1 - 3%.
Вопросы:
1. Предположите причины данного появления такой статистики
(негативные экологические факторы)?
2. Укажите, какие из них имеют наиболее существенное значение для птиц,
гнездящихся и обитающих вблизи населённого пункта?
Птицы, проживающие вблизи населенных пунктов, успешно заканчивают
период гнездования всего лишь в 10-20 % случаев. Еще менее успешно
заканчивается гнездование у птиц городских парков и садов. В чем же причина
такой ужасающей статистики?
Одна из основных причина – парки и сады являются зонами отдыха
(рекреационными зонами), т.е. они подвергаются интенсивному рекреационному
использованию и активно посещаются людьми для отдыха.
Под нарастающим влиянием человека условия в естественных сообществах
меняются, в них наблюдаются процессы деградации сообществ, они становятся
менее комфортными для птиц, в них появляются новые угрозы для существования
птиц, внедряются новые виды и появляются новые формы биотических
взаимодействий, как правило, характеризующиеся знаком «–».
Причины данной негативной статистики:
Негативное биотическое влияние, характерное для сообществ, расположенных
вблизи населённых пунктов:
1. Влияние домашних и бездомных животных (кошек, собак).
2. Влияние ворон (вороньих стай), как правило, гнездящихся или
устраивающих ночёвки в подобных сообществах.
3. Низкая продуктивность подобных сообществ, а как следствие – плохая
кормовая база для птиц и более высокий уровень конкуренции за пищевые
субстраты естественного происхождения.
4. Снижение биоразнообразия сообществ, разрушение пищевых цепей и
упрощение структуры пищевых сетей.
5. Чрезмерная активность человека, выступающего в роли антропогенного
фактора, оказывающего негативное влияние.
6. Ослабленные птицы сильнее подвержены различного рода заболеваниям,
что в свою очередь также повышает смертность птиц.
Негативное антропическое влияние, характерное для сообществ, расположенных
вблизи населённых пунктов:
1. Вырубка деревьев, изживание древостоев, расширение дорожнотропиночной среды. Деревья обычно являются источником пищи и местом
для гнездования птиц.
2. Физическое загрязнение (действие электромагнитных полей, шумовое
загрязнение, тепловое загрязнение и т.д.).
3. Химическое загрязнение (загрязнение воды, воздуха, почвы). Воздействие
транспорта (выхлопные газы), выбросы фабрик, ТЭЦ, «кислотные дожди» и
т.д. Птицы, живущие в непосредственной близости с транспортом,
промышленными предприятиями и т.п., подвержены влиянию токсических
веществ, тяжелых металлов, что, в свою очередь, вызывает различные
патологические изменения на всех этапах размножения и значительно
снижает жизнеспособность птенцов.
4. Наличие большого количества мусора, в том числе такого, который несёт
потенциальную опасность для птиц.
5. Пожары, как правило, низовые, очень часто возникающие вблизи городов
(пикники, непогашенные окурки).
Задание №4 (до 20 баллов)
Вы прекрасно представляете, что такое позвоночник человека. Из курса
анатомии и физиологии человека вы многое знаете о его строении и выполняемых
им функциях.
Вопрос:
1. Как вы думаете, что является первопричиной формирования такой части
тела человека, как позвоночник?
Примерное содержание ответа:
Человек относится к типу Хордовых, него характерно наличие осевого скелета,
как и для любого представителя типа Хордовых, в виде хорды, которая у высших
форм заменяется позвоночником.
Первые хордовые появились примерно 500 млн. лет назад. Берут они своё
начало от асцидий. Это были животные, которые перешли к хищному, активному
образу жизни. В процессе эволюции увеличение подвижности способствовало
усовершенствованию внутреннего скелета животных этой группы. Слабая
спинная струна – хорда превратилась сначала в хрящевой, а затем в костный
позвоночник, состоящий из позвонков. Так появились на Земле позвоночные и
позвоночник у человека.
Задание №5 (до 20 баллов)
Из школьного курса биологии Вам хорошо известно, что такое миграции
животных.
Вопросы:
1. Что такое миграции? Дайте четкое определение данному понятию.
2. Можно ли считать любое массовое перемещение рыбы в водоемах
миграциями?
3. Если нет, назовите примеры массового перемещения рыбы, которое не
является миграциями, и укажите причины этих перемещений.
Примерное содержание ответа:
Миграция животных – это регулярное передвижение популяций животных,
в ходе которого особи из одной области обитания перемещаются в другую, но
затем возвращаются обратно.
Такое путешествие по круговому маршруту может быть сезонным, вроде
весеннего или осеннего перелета птиц, а может требовать для своего завершения
целой жизни, как это наблюдается у ряда тихоокеанских лососей.
Миграции животных имеют ярко выраженный приспособительный
(адаптивный) характер и возникали в процессе эволюции у самых разных видов.
Примерами могут быть связанные с изменениями температуры воды
сезонные перемещения микроскопических животных из глубинной части озер на
мелководья или же миграции китов, которые осенью плывут из приполярных
районов в субтропики, где появляются на свет их детеныши, а в конце весны
возвращаются обратно в холодные воды. Практически невозможно найти хотя бы
два вида животных, мигрирующих абсолютно одинаковым образом. Некоторые
передвигаются поодиночке, другие – только группами. Одни перемещаются при
этом очень медленно, а другие – очень быстро и практически без остановок.
Любое массовое перемещение рыбы в водоемах миграциями считать нельзя.
Миграция рыб является одним из примеров видовой физиологической
реактивности (возникает под влиянием обычных (адекватных) воздействий
окружающей среды, не нарушающих гомеостаза организма) и выражается в
направленном движении (таксис), сложнорефлекторных изменениях (инстинкты)
жизнедеятельности животных: сезонные миграции рыб и птиц и т.д.
Миграции рыбы – это ежегодно повторяемые рыбой передвижения в
определенном направлении и в определенный сезон года.
Различают миграции:
 нерестовые, когда половозрелая рыба идет к местам размножения;
 нагульные – передвижения рыбы к местам кормежки;
 зимовальные – перемещения рыбы к местам зимовки.
В конечных пунктах своих перемещений рыбы находят условия среды,
необходимые организму на конкретном этапе развития.
Сигналы для начала миграций
1. Концентрация кислорода и углекислого газа в воде (при сильном
дефиците кислорода и избытке углекислого газа активность рыб
сводится к нулю).
2. Температура воды. Все физиологические процессы рыб (размножение,
развитие, рост и возраст, питание, миграции) связаны с температурой
окружающей среды и зависят от неё. Тем более, что рыбы –
хладнокровные животные.
3. Скорость течения.
4. Изменение длины светового дня.
5. Освещенность.
6. Прозрачность воды.
7. Изменения атмосферного давления.
Примеры миграций:
 Пред - и после- нерестовые миграции в поисках корма, а также заход и
"скатывание" рыбы из внутренних водоемов, где она кормилась.
 Нерестовые миграции.
 Миграции, связанные с заходом в водоемы и водотоки на лето и зиму
отличаются от нерестовых более поздним сроком, так как основная
причина – корм. Начало такой миграции связано с появлением корма;
меньшая скорость движения снижает смертность от истощения и
позволяет активно питаться.
 Пассивные миграции – такое же типичное явление, как и активные
миграции,
совершаемые
взрослыми
рыбами.
Например,
вылупившиеся из икры в Среднем Енисее (1500-1800 км от устья)
личинки осетра, сига, омуля, муксуна, пеляди и многих других рыб
увлекаются течением и выносятся в низовья Енисея. И так
повторяется ежегодно. Скат отнерестовавших рыб, по-видимому,
также является одним из видов пассивных миграций.
Миграциями не являются:
 Перемещения (отходы) молоди из прибрежной зоны во время
волнения воды в водоёме.
 Перемещения (отходы) молоди из прибрежной зоны во время падения
уровня воды, например во время отливов.
 Переходы с одного места нагула на другое.
Миграциями не являются случайные, нерегулярные, эпизодические
перемещения рыб, так как в большинстве случаев они носят защитный характер.
Эти перемещения также могут быть связаны с каким-то физиологическим
состоянием рыбы.